电子束冷床熔炼钛或钛合金方坯的方法
阅读说明：本技术 电子束冷床熔炼钛或钛合金方坯的方法 (Method for smelting titanium or titanium alloy square billet by electron beam cold bed ) 是由 王凯 韩从贵 柳启斌 李勇 刘兴铭 朱晓龙 于 2020-10-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电子束冷床熔炼钛或钛合金方坯的方法,其特征在于包括下列步骤：(1)凝壳预热、(2)第一阶段做头、(3)第二阶段做头、(4)第三阶段做头、(5)熔炼、(6)结束。实现了电子束冷床熔炼EB炉一炉就能同时熔铸三150mm的钛或钛合金方坯,显著改善了方坯的表面质量,提高了成材率。(The invention provides a method for smelting titanium or titanium alloy square billets by using an electron beam cold bed, which is characterized by comprising the following steps of: (1) preheating a skull, (2) performing head making in a first stage, (3) performing head making in a second stage, (4) performing head making in a third stage, (5) smelting, and (6) finishing. The method realizes that three 150mm titanium or titanium alloy square billets can be simultaneously cast in one electron beam cold bed melting EB furnace, obviously improves the surface quality of the square billets and improves the yield.)
技术领域
本发明涉及一种钛或钛合金方坯的熔炼方法，尤其是一种用电子束冷床熔炼炉熔炼钛或钛合金方坯的方法，属于冶金技术领域。
背景技术
电子束冷床熔炼炉广泛应用于金属方坯的熔铸，通过安装多流150mm方坯结晶器来适应电子束冷床炉的EB枪扫描图形模式、提高熔铸生产效率。但现有技术难于保质、保量完成生产，因此，有必要对现有技术加以改进。
发明内容
为顺利实现一炉三锭的150mm方坯保质、保量生产，用EB炉顺利生产多流150mm方坯，提高钛锭的成材率，改善表面质量，降低生产成本，本发明提供一种电子束冷床熔炼钛或钛合金方坯的方法。
本发明通过下列技术方案完成：一种电子束冷床熔炼钛或钛合金方坯的方法，其特征在于包括下列步骤：
（1）凝壳预热，通过设置在冷床上的1-5号EB电子束枪射出的电子束，对冷床内冷凝壳进行熔化，1-5号EB枪的启动顺序为：5号EB枪 → 4号EB枪 → 3号EB枪 → 2号EB枪→1号EB枪，其中：1号EB枪、2号EB枪、3号EB枪、4号EB枪的电流为3±1.5A，5号EB枪的电流为2±0.5A，1-5号EB枪的电压均为30KV，使冷床内的块料熔融，并使熔融金属液体布满整个冷床；
（2）第一阶段做头，调整设置在冷床上的6号、7号EB枪的电压为30KV，将6号EB枪扫描图形调整为P6，用P6Ф2扫描图形覆盖1号锭头位置，用P6Ф1扫描图形覆盖2号锭头位置；将7号EB枪扫描图形调整为P6，用P6Ф2扫描图形覆盖3号锭头位置，用P6Ф1扫描图形覆盖整个结晶器或者覆盖2号锭头位置和3号锭头位置，进行能量补充；调整6、7号EB枪的Ф1、Ф2扫描图形频率一致，控制做头电流为1.5±1A，将引锭棒及周围铺设的海绵钛熔化至液体后，冷却40min、下拉20mm，完成第一阶段做头；
（3）第二阶段做头，对1号、2号、3号锭头位置进行同步预热至熔融液体后，将冷床内的熔融液体放入结晶器内，同时将7号EB枪扫描图形切换至P1Ф1，让扫描图形覆盖至整个结晶器内，调整电流至3A±2A；扩大6号EB枪的P6Ф1、P6Ф2扫描图形，分别以溢流口中心线为分割点，采用左右对接形式对整个结晶器进行覆盖，完成第二阶段做头；
（4）第三阶段做头，当熔融钛液灌满1号、2号、3号锭头位置并覆盖结晶器冷凝隔板时，完成第三阶段做头，冷却30min；
（5）熔炼，在用与步骤（3）相同的扫描图形对整个结晶器进行覆盖的同时，推入钛或钛合金料进行熔炼，使熔炼速率与推入钛或钛合金料速率匹配，并控制1-4号EB枪电流为4±1.5A、5号EB枪电流为4.5±0.3A、6-7号EB电流为3±0.5A，当熔融钛或钛合金液灌满1号、2号、3号锭头位置并漫过冷凝隔板时，以100-300mm/h的速度进行熔炼拉锭，控制拉锭步进速度为7±1mm；
（6）完成熔炼后，用1-5号EB枪清理冷床，之后关闭电源；用6号、7号EB枪进行溢流口、结晶器横隔区域清理扫描，扫描完成后，拉锭至结晶器方形区域以下，冷却5小时，得钛或钛合金方坯。
所述步骤（5）的熔炼过程中，发生3min以上的断流现象时，调整5号EB枪扫描图形为P2，待钛或钛合金液在冷床中积蓄后，将5号EB枪扫描图形切换为P3，保护溢流口不因长期电子束扫射而受损。
所述步骤（5）的熔炼过程中，使用2号、4号EB枪熔化原料，1号、3号EB枪用扫描图形P3扫描冷床区域，保持冷床内液体的流动性。
所述电子束冷床EB炉为常规设备。
本发明的有益效果是：采用上述方案，实现了电子束冷床熔炼EB炉一炉就能同时熔铸三根150mm的钛或钛合金方坯，同时显著改善方坯的表面质量，提高了成材率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
一种钛或钛合金方坯的熔炼方法，包括下列步骤：
（1）凝壳预热，通过设置在冷床上的1-5号EB电子束枪射出的电子束，对冷床内冷凝壳进行熔化，1-5号EB枪的启动顺序为：5号EB枪 → 4号EB枪 → 3号EB枪 → 2号EB枪→1号EB枪，其中：1-4号EB枪的电流为1.5A，5号EB枪的电流为1.5A，1-5号EB枪的电压均为30KV，使冷床内的块料熔融，并使熔融金属液体布满整个冷床；
（2）第一阶段做头，调整设置在冷床上的6号、7号EB枪的电压为30KV，将6号EB枪扫描图形调整为P6，用P6Ф2扫描图形覆盖1号锭头位置，用P6Ф1扫描图形覆盖2号锭头位置；将7号EB枪扫描图形调整为P6，用P6Ф2扫描图形覆盖3号锭头位置，用P6Ф1扫描图形覆盖整个结晶器或者覆盖2号锭头位置和3号锭头位置，进行能量补充；调整6、7号EB枪的Ф1、Ф2扫描图形频率一致，控制做头电流为0.51A，将引锭棒及周围铺设的海绵钛熔化至液体后，冷却40min、下拉20mm，完成第一阶段做头；
（3）第二阶段做头，对1号、2号、3号锭头位置进行同步预热至熔融液体后，将冷床内的熔融液体放入结晶器内，同时将7号EB枪扫描图形切换至P1Ф1，让扫描图形覆盖至整个结晶器内，调整电流至1A；扩大6号EB枪的P6Ф1、P6Ф2扫描图形，分别以溢流口中心线为分割点，采用左右对接形式对整个结晶器进行覆盖，完成第二阶段做头；
（4）第三阶段做头，当熔融钛液灌满1号、2号、3号锭头位置并覆盖结晶器冷凝隔板时，完成第三阶段做头，冷却30min；
（5）熔炼，采用与步骤（3）相同的扫描图形对整个结晶器进行覆盖的同时，推入钛或钛合金料进行熔炼，使熔炼速率与推入钛或钛合金料速率匹配，并控制1-4号EB枪电流为2.5A、5号EB枪电流为4.2A、6-7号EB电流为2.5A，当熔融钛或钛合金液灌满1-3号锭头位置并漫过冷凝隔板时，以100mm/h的速度进行熔炼拉锭，控制拉锭步进速度为6mm；由于熔炼过程发生3min以上的断流现象，因而将5号EB枪扫描图形调整至P2，待钛液在冷床中积蓄后，再将5号EB枪扫描图形切换至P3，保护溢流口不因长期电子束扫射而受损；熔铸过程中使用2号、4号EB枪熔化原料，1号、3号EB枪用扫描图形P3扫描冷床区域，保持冷床内液体的流动性，完成熔炼；
（6）熔炼完成后，用1号-5号EB枪清理冷床，之后关闭电源；用6号、7号EB枪进行溢流口、结晶器横隔区域清理扫描，扫描完成后，拉锭至结晶器方形区域以下，冷却5小时，得钛或钛合金方坯。
实施例2
一种钛或钛合金方坯的熔炼方法，包括下列步骤：
（1）凝壳预热，通过设置在冷床上的1-5号EB电子束枪射出的电子束，对冷床内冷凝壳进行熔化，1-5号EB枪的启动顺序为：5号EB枪 → 4号EB枪 → 3号EB枪 → 2号EB枪→1号EB枪，其中：1-4号EB枪的电流为2.5A，5号EB枪的电流为2A，1-5号EB枪的电压均为30KV，使冷床内的块料熔融，并使熔融金属液体布满整个冷床；
（2）第一阶段做头，调整设置在冷床上的6号、7号EB枪的电压为30KV，将6号EB枪扫描图形调整为P6，用P6Ф2图形覆盖1号锭头位置，用P6Ф1图形覆盖2号锭头位置；将7号EB枪扫描图形调整为P6，用P6Ф2图形覆盖3号锭头位置，用P6Ф1图形覆盖2号和3号锭头位置，进行能量补充；调整6、7号EB枪的Ф1、Ф2扫描图形频率一致，控制做头电流为2.5A，将引锭棒及周围铺设的海绵钛熔化至液体熔融后，冷却40min、下拉20mm，完成第一阶段做头；
（3）第二阶段做头，对1-3号锭头位置进行同步预热至熔融状态后，将冷床内的熔融液体放入结晶器内，同时将7号EB枪图形切换至P1Ф1，扫描图形覆盖至整个结晶器内，电流调整至4A；扩大6号EB枪的P6Ф1、P6Ф2图形，分别以溢流口中心线为分割点，采用左右对接形式对整个结晶器进行覆盖，完成第二阶段做头；
（4）第三阶段做头，当熔融钛液灌满三个锭头位并覆盖结晶器冷凝隔板时，完成第三阶段做头，冷却30min；
（5）熔炼，采用与步骤（3）相同的扫描图形对整个结晶器进行覆盖的同时，推入钛或钛合金料进行熔炼，使熔炼速率与推入钛或钛合金料速率匹配，并控制1-4号EB枪电流为3.5A、5号EB枪电流为4.5A、6-7号EB电流为3A；当熔融钛或钛合金液灌满1-3号锭头位置并漫过冷凝隔板时，以200mm/h的速度进行熔炼拉锭，控制拉锭步进速度为7mm；熔铸过程中使用2号、4号EB枪熔化原料，1号、3号EB枪用扫描图形P3扫描冷床区域，保持冷床内液体的流动性，完成熔炼；
（6）熔炼完成后，且1号-5号EB枪清理冷床，之后关闭电源；6号、7号EB枪进行溢流口、结晶器横隔区域清理扫描，扫描完成后，拉锭至结晶器方形区域以下，冷却5小时，得钛或钛合金方坯。
实施例3
一种钛或钛合金方坯的熔炼方法，包括下列步骤：
（1）凝壳预热，通过设置在冷床上的1-5号EB电子束枪射出的电子束，对冷床内冷凝壳进行熔化，1-5号EB枪的启动顺序为：5号EB枪 → 4号EB枪 → 3号EB枪 → 2号EB枪→1号EB枪，其中：1-4号EB枪的电流为4.5A，5号EB枪的电流为2.5A，1-5号EB枪的电压均为30KV，使冷床内的块料熔融，并使熔融金属液体布满整个冷床；
（2）第一阶段做头，调整设置在冷床上的6号、7号EB枪的电压为30KV，将6号EB枪扫描图形调整为P6，用P6Ф2扫描图形覆盖1号锭头位置，用P6Ф1扫描图形覆盖2号锭头位置；将7号EB枪扫描图形调整为P6，用P6Ф2扫描图形覆盖3号锭头位置，用P6Ф1扫描图形覆盖整个结晶器，进行能量补充；调整6、7号EB枪的Ф1、Ф2扫描图形频率一致，控制做头电流为1.5±1A，将引锭棒及周围铺设的海绵钛熔化至液体熔融后，冷却40min、下拉20mm，完成第一阶段做头；
（3）第二阶段做头，对1-3号锭头位置进行同步预热至熔融液体后，将冷床内的熔融液体放入结晶器内，同时将7号EB枪扫描图形切换至P1Ф1，使扫描图形覆盖至整个结晶器内，电流调整至5A；扩大6号EB枪的P6Ф1、P6Ф2扫描图形，分别以溢流口中心线为分割点，采用左右对接形式对整个结晶器进行覆盖，完成第二阶段做头；
（4）第三阶段做头，当熔融钛液灌满1-3号锭头位置并覆盖结晶器冷凝隔板时，完成第三阶段做头，冷却30min；
（5）熔炼，采用与步骤（3）相同的扫描图形对整个结晶器进行覆盖扫描的同时，推入钛或钛合金料进行熔炼，使熔炼速率与推入钛或钛合金料速率匹配，并控制1-4号EB枪电流为5.5A、5号EB枪电流为4.8A、6-7号EB电流为3.5A；当熔融钛或钛合金液灌满1-3号锭头位置并漫过冷凝隔板时，以300mm/h的速度进行熔炼拉锭，控制拉锭步进速度为8mm；由于熔炼过程发生3min以上的断流现象，因此将5号EB枪扫描图形切换至P2，待钛液在冷床中积蓄后将5号EB枪扫描图形切换至P3，保护溢流口不因长期电子束扫射而受损；熔铸过程中使用2号、4号EB枪熔化原料，1号、3号EB枪用扫描图形P3扫描冷床区域，保持冷床内液体的流动性，完成熔炼；
（6）熔炼完成后，且1号-5号EB枪清理冷床，之后关闭电源；6号、7号EB枪进行溢流口、结晶器横隔区域清理扫描，扫描完成后，拉锭至结晶器方形区域以下，冷却5小时，得钛或钛合金方坯。